2020年, 第44卷, 第2期　
刊出日期：2020-02-20

  

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  机械工程材料. 2020, 44(2): 0-0.

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综述
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  卫浴行业用环保硅黄铜的研究进展

  汪火良

  机械工程材料. 2020, 44(2): 1-6. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002001

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  从产业化角度，综述了卫浴行业用环保硅黄铜的研究进展，重点介绍了低锌硅黄铜、硅铋黄铜、硅磷黄铜、硅锰黄铜的化学成分、综合性能以及生产应用情况，简单介绍了硅黄铜的变质处理，最后展望了环保硅黄铜的研究趋势，提出未来的研究方向应集中于降低成本、提高铸造性能以及进行变质处理等方面。
试验研究
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  铝连铸连轧过程中铸嘴堵塞的原因与机理

  沈吉, 邓腾飞, 姚振华

  机械工程材料. 2020, 44(2): 7-12,17. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002002

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  建立仿真模型模拟了连铸连轧过程中铝液流经铸嘴时的温度场及速度场，试验研究了铸嘴材料与铝液在不同温度（850，900，950℃）反应不同时间（2，4，6，8，10 h）后的形貌和成分，分析了铸嘴堵塞的机理。结果表明：在铝液流动过程中，铸嘴在铁板固定处的温度梯度比其他区域的高；铝液流速分布不均匀导致温度分布不均匀，与铸嘴壁接触区域的铝液温度较低，容易发生挂渣；高温铝液与铸嘴材料中的SiO₂发生置换反应生成Al₂O₃夹渣和单质硅，Al₂O₃的生成会增大铸嘴壁的表面粗糙度，同时会进入铝液使其黏度增大、流速变慢，不能及时冲刷掉铸嘴壁表面挂渣，使得铸嘴壁上的夹渣不断增多，最终导致铸嘴堵塞。
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  服役脆化态HR3C钢管的缺口敏感性

  宋利

  机械工程材料. 2020, 44(2): 13-17. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002003

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  在取自未服役与服役5万h HR3C钢管的拉伸试样上预制不同类型（V型、U型）、不同底部曲率半径（0.10，0.13，0.25，0.85 mm）和不同长度（0.25，0.50，0.75，1.00 mm）的缺口，通过拉伸试验研究了钢管的缺口敏感性。结果表明：未服役HR3C钢管无缺口敏感性，服役后钢管发生脆化，对缺口较为敏感；脆化态钢管对V型缺口的敏感性大于对U型缺口的，特别是对角度较大、底部曲率半径较小（0.10～0.25 mm）、长度较长（0.50～1.00 mm）的V型缺口较为敏感；当缺口应力集中系数大于3.5时，脆化态HR3C钢管的缺口敏感性较大。
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  06Cr20Ni11钢埋弧焊焊缝的显微组织和性能

  杨越, 李亚军, 郭容, 龚利华, 王正云

  机械工程材料. 2020, 44(2): 18-21,72. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002004

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  采用SJ601A焊剂和HS308L焊丝对06Cr20Ni11钢进行埋弧焊，通过宏观和微观观察、化学成分分析、拉伸试验、冲击试验、晶间腐蚀试验等方法研究了接头焊缝的显微组织和性能。结果表明：焊缝成形良好，表面无黏渣、气孔、压坑等缺陷，X射线探伤结果为I级焊缝；焊缝金属以铁素体-奥氏体模式凝固，组织为奥氏体和少量枝晶状δ铁素体；焊缝金属的拉伸性能和抗冲击性能均符合标准要求，冲击断裂方式为韧性断裂，耐晶间腐蚀性能良好。
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  工艺参数对6061-T6铝合金真空扩散焊接接头形貌和性能的影响

  巩云峰, 谢兰生, 陈明和

  机械工程材料. 2020, 44(2): 22-26,31. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002005

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  在不同工艺参数下对化学清洗去除表面氧化膜的6061-T6铝合金进行真空扩散焊接，研究了焊接温度（500~560℃）、焊接压力（1.0~5.0 MPa）和保温时间（0.5~3 h）对焊接接头界面形貌和剪切强度的影响，得到了优化工艺参数。结果表明：随着焊接温度的升高、焊接压力的增大和保温时间的延长，接头焊缝变窄并最终消失，剪切强度和焊合率增大；但当保温时间延长到3 h时，焊缝附近晶粒发生粗化，导致剪切强度降低，且接头发生较大变形；不同工艺参数下接头的剪切断裂形式均为脆性断裂；较优的真空扩散焊接工艺参数为焊接温度540℃、保温时间2 h、焊接压力4.0 MPa。
新材料 新工艺
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  Ni/Al多层板的复合法制备及放热性能

  廖沙, 骆心怡, 陶杰, 郭训忠, 丁青云

  机械工程材料. 2020, 44(2): 27-31. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002006

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  在纯铝箔上化学镀镍得到微米级厚度的镍层，再将该镀镍铝箔堆垛热压后进行累积叠轧（1~7道次），得到Ni/Al多层板，研究了该多层板的组织结构及放热性能。结果表明：化学镀镍层为非晶态，在热压过程中发生晶化；随着叠轧道次的增加，镍层逐渐发生颈缩和断裂，其碎片镶嵌在铝中，增加了镍和铝的接触面积，从而提高了Ni/Al多层板的放热性能，其能量密度由1道次的520.27 J·g^-1增大到7道次的1 203.4 J·g^-1，达到理论值的87.15%；不同道次叠轧Ni/Al多层板的起始反应温度均高于475℃，说明该多层板具有良好的室温稳定性。
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  C/Al-40% Cu复合材料的原位热解-热压法制备及微观结构

  罗国强, 陈继琴, 胡家念, 康克家, 张建, 沈强, 张联盟

  机械工程材料. 2020, 44(2): 32-36. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002007

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  以聚乙烯醇缩丁醛为碳源，采用原位热解-热压法制备C/Al-40% Cu （体积分数）复合材料，研究了该复合材料的物相组成、微观结构以及界面反应特性。结果表明：复合材料主要由铝相、铜相、原位生成的碳材料以及少量残留的高分子材料组成，碳材料连续存在于铝、铜相颗粒之间，有效抑制了Al₂Cu和Al₄Cu₉等金属间化合物的生成；复合材料的实测密度接近于理论密度，组织中未见明显孔洞，致密程度较高；复合材料界面结合良好，铝相和铜相、铝相和碳材料层之间均发生了元素互扩散，形成了厚度分别为2.0~3.5 μm和1.0~1.5 μm的扩散层，铜相和碳材料层之间以机械结合方式连接。
材料性能及应用
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  焊后涂装工艺对6063-T6铝合金MIG焊T型接头组织和性能的影响

  向瀚林, 徐从昌, 林启权, 李落星, 林天豪, 华家辉

  机械工程材料. 2020, 44(2): 37-42. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002008

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  采用金属熔化极惰性气体保护（MIG）焊制备6063-T6铝合金T型接头，之后对T型接头进行涂装，研究了焊后涂装工艺对接头组织与性能的影响。结果表明：涂装工艺对接头各区域晶粒形态和尺寸没有影响，涂装后热影响区中针状β″相析出量明显增加；焊后涂装可以显著提高接头的力学性能，抗拉强度较涂装前的提高了13%，热影响区的显微硬度较涂装前的提高了18.8%；涂装完成前，接头最薄弱区域为热影响区，而涂装完成后，最薄弱区域为焊缝处；涂装后镁、硅原子在热影响区富集形成溶质原子富集区（GP区），同时针状β″相析出量的增加干扰位错运动，导致热影响区的硬度大幅提高，而使焊缝处成为接头的最薄弱区域。
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  强流脉冲电子束处理对GW103K镁合金表面微观结构和性能的影响

  张天成, 张可敏, 宋鲁霞, 张旭

  机械工程材料. 2020, 44(2): 43-48. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002009

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  采用强流脉冲电子束（HCPEB）对GW103K镁合金进行表面处理，研究了不同脉冲次数（5次，15次）处理后合金的表面微观结构、硬度和耐腐蚀性能。结果表明：经HCPEB处理后，GW103K镁合金表面存在大量火山坑、收缩针孔和孪晶，原始组织中的β-Mg₅（Gd，Y）颗粒基本溶解在基体中；15次脉冲HCPEB处理后合金的表面形貌和化学成分比5次脉冲HCPEB处理后的更均匀；随着HCPEB脉冲次数由5次增加到15次，合金表面重熔层的厚度由约7.67 μm增加到约13.70 μm；HCPEB处理后距表面50~250 μm处的显微硬度均高于基体的，且均在距表面约70 μm处达到最大；在质量分数3.5％NaCl溶液中，经5次脉冲HCPEB处理后合金的自腐蚀电流密度最小，耐腐蚀性能最好，这与钆、钇的溶解以及表面残余压应力有关。
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  轧后冷却速率对22 mm厚X80M热轧带钢组织和力学性能的影响

  刘妍, 王栋, 王建钢, 王皓

  机械工程材料. 2020, 44(2): 49-54,59. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002010

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  通过热模拟试验测定X80M管线钢铸坯的连续冷却转变（CCT）曲线，确定了合理的冷却速率范围；利用2 250 mm热连轧机组进行工业试制试验，研究了冷却速率（5，15，25℃·s^-1）对X80M带钢显微组织、力学性能和抗落锤撕裂性能的影响，确定了最佳冷却速率；在最佳冷却速率下进行22 mm厚X80M带钢的批量生产，研究了其显微组织、力学性能和抗落锤撕裂性能。结果表明：当冷却速率为20～30℃·s^-1时，可得到有利于试验钢性能的由针状铁素体、粒状贝氏体和弥散分布M/A岛组成的显微组织；当冷却速率由5℃·s^-1提高到25℃·s^-1时，工业试制带钢组织中的M/A岛变得细小，分布更加弥散，最佳冷却速率为25℃·s^-1；批量生产X80M带钢的晶粒细小，组织均匀，其抗落锤撕裂性能、拉伸性能和冲击韧性均满足中石油管线采购要求。
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  35CrMo钢表面铁基激光熔覆层的组织和耐磨性能

  张晓, 周亚军, 李政

  机械工程材料. 2020, 44(2): 55-59. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002011

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  采用CO₂激光熔覆装置将LC3530铁基粉熔覆在35CrMo钢基体表面，研究了熔覆层的显微组织、硬度和耐磨性能，并与基体的进行对比。结果表明：基体组织为回火索氏体，晶粒尺寸在20 μm左右，而熔覆层的组织为均匀细小的等轴晶，晶粒尺寸大多在8 μm；基体的平均硬度为254.1 HV，而熔覆层的平均硬度为640.5 HV，且硬度分布更加均匀；在相同试验条件下，熔覆层试样的磨损量仅为基体试样的1/7，磨损系数是基体试样的1/5，且磨损后熔覆层试样的表面粗糙度较磨损前的大幅下降，表明激光熔覆后35CrMo钢的耐磨性能得到显著提高；基体试样的磨损机制为犁削磨损，而熔覆层试样的磨损机制为微观切削，其优异的耐磨性能与含有铁、铬、钼和碳等元素的高硬度合金碳化物的形成有关。
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  药芯焊丝CO₂气体保护焊接2205不锈钢焊缝的组织与耐腐蚀性能

  张莹莹, 刘政军, 张琨

  机械工程材料. 2020, 44(2): 60-64. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002012

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  选取一组优化的焊接参数对2205双相不锈钢板进行药芯焊丝CO₂气体保护焊，对比研究了焊缝和母材的显微组织和耐腐蚀性能。结果表明：焊缝与母材均由铁素体和奥氏体两相组织组成，且铁素体体积分数相近，分别为42.4%，49.5%；在FeCl₃溶液中浸泡腐蚀时，随着FeCl₃溶液浓度的增大和温度的升高，焊缝及母材的点腐蚀速率均增大，且焊缝的点腐蚀速率高于母材的，说明焊缝的耐点腐蚀性能更差；焊缝的自腐蚀电位、容抗弧半径、钝化膜电阻均低于母材的，说明焊缝的耐电化学腐蚀性能更差，但焊缝腐蚀时形核阻力较大，腐蚀坑不易扩展。
物理模拟与数值模拟
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  改进元胞自动机法数值模拟高温合金凝固过程枝晶生长行为

  郭钊, 周建新, 沈旭, 殷亚军, 计效园, 王圣

  机械工程材料. 2020, 44(2): 65-72. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002013

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  提出了一种改进元胞自动机方法，该法充分考虑了溶质场和热扩散对枝晶生长的作用，并基于溶质场方程的27点离散格式，对多元高温合金凝固时的枝晶生长行为进行了数值模拟和试验对比，研究了枝晶生长形貌演变和单晶叶片铸件杂晶形成规律。结果表明：增大过冷度能促进枝晶快速生长，但由于溶质富集，单晶粒枝晶尖端生长速率随时间延长而逐渐减小；当冷却速率较低时，铸件等截面区域偏离热流取向的枝晶会淘汰与热流取向相同的枝晶；在定向凝固枝晶生长中，等温线内凹温度场中的变截面区域易形成杂晶；上述模拟计算结果和试验结果及相关文献的研究结果一致，该改进元胞自动机方法具有一定的有效性和实用性。
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  基于变形特征值及特征状态参数的金属材料高温变形本构方程

  曹金荣

  机械工程材料. 2020, 44(2): 73-78. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002014

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  基于变形特征值（σ_ss，σ_p，ε_p，ε_r）及特征状态参数（LM，Z，erf，MTS参数），建立了一个描述金属材料高温变形的本构方程，包括高温变形过程方程和特征参数方程，并通过商业纯铝、无氧铜、超低碳钢的高温压缩试验，对该本构方程的计算准确度进行了验证。结果表明：使用该本构方程计算得到的纯铝和超低碳钢的高温变形结果与试验结果吻合性较好，其峰值应力计算值与试验值的相对误差均小于10%，但无氧铜的却达到了15%，模拟计算精度略低；该本构方程可用于预测纯铝和超低碳钢在热加工变形条件下的流变应力。
失效分析
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  某带钢连续热浸镀机组卧式连续退火炉水冷炉辊的开裂原因

  王银军, 江社明, 张启富

  机械工程材料. 2020, 44(2): 79-81,86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002015

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  采用宏观和微观形貌观察、化学成分分析、显微组织观察、硬度测试等方法，对某带钢连续热浸镀机组卧式连续退火炉水冷炉辊的开裂原因进行了分析。结果表明：水冷炉辊辊套成分中不含铌元素，镍元素含量偏低，导致组织中形成网状富铬碳化物析出相；辊套内腔结垢、水冷不畅使水冷炉辊产生局部过热，导致工作侧辊套基体中粒状合金碳化物的析出和网状富铬碳化物的长大，使工作侧辊套的脆性增加；随着结垢的沉积，水冷炉辊出现轴承转动不畅，甚至堵转现象；在热应力、扭力作用下，裂纹在网状富铬碳化物析出相中形成并沿网状碳化物逐渐向基体内扩展，最终导致水冷炉辊的开裂。
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  某油井P110油管腐蚀穿孔原因

  赵海洋, 叶帆, 汤晟, 郭玉洁, 彭政德, 曾德智

  机械工程材料. 2020, 44(2): 82-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202002016

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  西部油田某油井油管发生严重腐蚀甚至穿孔。通过宏观形貌和显微组织观察、化学成分分析、硬度测试、拉伸和冲击性能测试、腐蚀产物检测等方法对油管失效原因进行了分析。结果表明：油管在含Cl^-、H₂S、CO₂酸性环境下发生了均匀腐蚀和局部腐蚀。均匀腐蚀由H₂S-CO₂-H₂O （Cl^-）体系引起的析氢腐蚀所致；而CaCO₃沉积造成的微电偶效应以及Fe²⁺与地层水中Cl^-的水合作用导致了油管的局部腐蚀穿孔。建议油井管材采用具有一定抗硫性的P110-3Cr钢或耐蚀性能更优的钢，并添加缓蚀阻垢剂进行防护。